(57)【要約】【課題】ジッタを含まない信号を出力できるようにする。【解決手段】位相同期回路１０は、位相比較器１４と、電圧制御発振器１８と、電圧制御発振器１８の出力したクロック信号ｆＶＣＯを１／ｎ分周して出力する可変分周器２０とを備えた同期ループ回路１２を有する。また、位相同期回路１０は、電圧制御発振器１８の出力側に切替え部２２を介して接続した帯域フィルタ部２４を有する。切替え部２２は、電圧制御発振器１８の出力するクロック信号ｆＶＣＯの周波数を切り替えるために可変分周器２０に入力する分周比設定信号が切替え信号として入力し、周波数の切替えに同期して帯域フィルタ部２４に設けた複数の帯域フィルタを電圧制御発振器１８に切り替えて接続する。【選択図】図１
2007124626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期ループ回路を有する位相同期回路であって、
前記同期ループ回路は、位相比較器と電圧制御発振器とを備えるとともに、前記電圧制御発振器の出力信号を出力し、
前記位相比較器は、外部から入力した基準信号と前記電圧制御発振器の前記出力信号に基づく帰還信号との位相差に応じた位相差信号を出力し、
前記電圧制御発振器の前記出力信号の周波数は、前記位相差信号に基づいて制御され、
前記同期ループ回路の出力側に少なくとも１つの帯域フィルタを備えた帯域フィルタ部を設けた、
ことを特徴とする位相同期回路。
【請求項２】
請求項１に記載の位相同期回路であって、
前記同期ループ回路は、可変分周器をさらに備え、
前記可変分周器は、外部からの出力周波数の切替え信号に基づいて変更される分周比により前記電圧制御発振器の前記出力信号を分周した前記帰還信号を出力し、
前記同期ループ回路は、前記出力周波数の切替え信号に基づいて、予め定められた互いに異なる複数の周波数のいずれか１つの周波数の出力信号を出力し、
前記帯域フィルタ部は、予め定められた互いに異なる前記複数の周波数のそれぞれに対応した複数の帯域フィルタを備える、
ことを特徴とする位相同期回路。
【請求項３】
請求項２に記載の位相同期回路であって、
前記切替え信号に基づいて、前記同期ループ回路の前記出力信号の周波数に対応する前記帯域フィルタを前記電圧制御発振器に接続する切替え部を、前記同期ループ回路と前記帯域フィルタ部との間に有している、
ことを特徴とする位相同期回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の位相同期回路であって、
前記電圧制御発振器の出力信号は、予め定められた周波数帯域に拡散されていることを特徴とする位相同期回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の位相同期回路であって、
前記帯域フィルタは、弾性表面波フィルタであることを特徴とする位相同期回路。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の位相同期回路であって、
前記帯域フィルタは、圧電材料として水晶を用いた弾性表面波フィルタであることを特徴とする位相同期回路。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の位相同期回路であって、
前記帯域フィルタ部の出力側に増幅器が設けてあることを特徴とする位相同期回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相同期回路に係り、特に外部から入力した基準信号の位相に同期させた信号を発振して出力するＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、複数の電子機器を相互に接続して使用することがしばしば行なわれる。また、パーソナルコンピュータ（パソコン）などにおいては、プリンタやディスプレイ、スキャナ、ハードディスクドライブなど複数の周辺機器を接続して機能の向上が図れるようなっている。これらの電子機器、周辺機器は、機器を適正に動作させるためのクロック信号が相互に異なっていることが多い。このため、電子機器のマザーボードに接続した周辺機器が正常に動作するように、マザーボードに設けた発振器に周波数の異なる複数のクロック信号を出力させるようにしている（例えば、特許文献１）。このような、周波数の異なる複数のクロック信号を出力させる場合、１つの発振器が出力したクロック信号をＰＬＬ回路によって周波数変換する。
【０００３】
また、マザーボードに接続した周辺機器に入力される基準クロック信号は、マザーボードの配線の影響や外部からの雑音などによりジッタを含んでいる場合が多い。
【０００４】
一方、近年、ＰＣＩエクスプレスと呼ばれる入出力インターフェースが普及してきている。このＰＣＩエクスプレスにおいては、マザーボード側においてスペクトラム拡散した１００ＭＨｚの基準クロック信号を出力し、マザーボードに接続した機器は、１００ＭＨｚまたは１２５ＭＨｚで動作するようになっている。このため、ＰＣＩエクスプレスにおいては、マザーボードに接続した電子機器の動作周波数に対応して１００ＭＨｚまたは１２５ＭＨｚのクロック信号を出力する必要がある。したがって、ＰＣＩエクスプレスは、１００ＭＨｚと１２５ＭＨｚとを切り替えて出力することができるＰＬＬ回路を必要とする。
【特許文献１】特開平９−２３７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、位相同期回路であるＰＬＬ回路は、位相比較した信号をループフィルタで高調波成分を除去し電圧制御発振器の出力信号の周波数を制御するための制御信号として入力するため図６に示したように、ＰＬＬ回路の出力信号に不要な周波数のノイズＡ、Ｂが発生する。なお、図６（１）、（２）は、横軸が周波数（対数表示）、縦軸が電力である。そして、同図（１）は出力信号がスペクトラム拡散されていない場合を示し、図６（２）は出力信号がスペクトラム拡散されている場合を示しており、いずれもＰＬＬ回路の出力信号の中心周波数ｆｃより高い周波数の周波数帯を模式的に示したものである。
【０００６】
このように、クロック信号の中心周波数ｆｃから外れた周波数の信号成分がクロック信号に含まれると、ノイズＡ、Ｂが発生し、クロック信号のジッタが生ずる。このため、ＰＬＬ回路を用いた場合、電子機器間における同期が取れなかったり、電子機器が誤動作したりするなどの不都合を生ずる。また、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference：電磁障害）を避けるためにクロック信号のスペクトラム拡散の使用を困難にする。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、ジッタを含まない信号を出力できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、ジッタを含まない予め定めた周波数の異なる複数の信号を選択的に出力できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の或る実施形態に係る位相同期回路は、同期ループ回路を有する位相同期回路であって、前記同期ループ回路は、位相比較器と電圧制御発振器とを備えるとともに、前記電圧制御発振器の出力信号を出力し、前記位相比較器は、外部から入力した基準信号と前記電圧制御発振器の前記出力信号に基づく帰還信号との位相差に応じた位相差信号を出力し、前記電圧制御発振器の前記出力信号の周波数は、前記位相差信号に基づいて制御され、前記同期ループ回路の出力側に少なくとも１つの帯域フィルタを備えた帯域フィルタ部を設けたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、電圧制御発振器の出力した信号を帯域フィルタ部を介して出力するため、目的とする所定の周波数以外の不要な周波数のノイズを位相同期回路の出力信号から除去することができる。したがって、ノイズによるジッタの少ないクロック信号を出力することができる。このため、電子機器の誤動作を防止することができる。
【００１０】
また、上述の実施形態において、前記同期ループ回路は、可変分周器を更に備え、前記可変分周器は、外部からの出力周波数の切替え信号に基づいて変更される分周比により前記電圧制御発振器の前記出力信号を分周した前記帰還信号を出力し、前記同期ループ回路は、前記出力周波数の切替え信号に基づいて、予め定められた互いに異なる複数の周波数のいずれか１つの周波数の出力信号を出力し、前記帯域フィルタ部は、予め定められた互いに異なる前記複数の周波数のそれぞれに対応した複数の帯域フィルタを備えるようにしてもよい。また、前記切替え信号に基づいて、前記同期ループ回路の前記出力信号の周波数に対応する前記帯域フィルタを前記電圧制御発振器に接続する切替え部を、前記同期ループ回路と前記帯域フィルタ部との間に設けてもよい。これにより、ジッタを含まない予め定めた複数の信号を出力することができる。
【００１１】
また、上述の実施形態において、前記電圧制御発振器の出力信号は、予め定められた周波数帯域に拡散されていてもよい。これにより、ＥＭＩを避けるためにクロック信号をスペクトラム拡散する電子機器に対応することができる。また、前記帯域フィルタは、弾性表面波フィルタであることが望ましい。弾性表面波フィルタは、通過帯域の外側の周波数を急速に減衰させるフィルタ特性を有しているため、不要なノイズを確実に除去できる。また、弾性表面波フィルタは、通過帯域幅が広いため、出力信号が予め定められた周波数帯域にスペクトラム拡散されていて、その周波数帯域が広い場合であっても、その周波数帯域の外に存在するノイズを除去することができる。
【００１２】
また、弾性表面波フィルタは、圧電材料として水晶を用いた弾性表面波フィルタであってもよい。圧電材料として水晶を用いた弾性表面波フィルタは、通過帯域の両側の周波数領域における電力を急速に減衰させる特性が特に優れているため、ノイズを確実に除去できる。さらに、圧電材料として水晶を用いた弾性表面波フィルタは小型に形成できるため、位相同期回路の小型化が可能となる。
【００１３】
また、上述の実施形態においては、帯域フィルタ部の出力側に増幅器を設けるとよい。抵抗やコンデンサなどの受動部品によって構成したＲＣフィルタや弾性表面波フィルタは、パッシブフィルタであるため、電圧制御発振器の出力したクロック信号が減衰する。そこで、帯域フィルタの出力側に増幅器を設けてジッタのないクロック信号を増幅して出力することにより、外部雑音などの影響を受けることのない、クロック信号を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る位相同期回路の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る位相同期回路のブロック図である。図１において、位相同期回路１０は、ＰＬＬを構成している同期ループ回路１２を備えている。同期ループ回路１２は、位相比較器１４、ループフィルタ１６、電圧制御発振器１８、可変分周器２０から構成してある。位相比較器１４は、一方の入力端子に外部から基準信号（基準クロック信号）ｆｒｅが入力するようになっている。位相比較器１４の他方の入力端子には、可変分周器２０の出力信号である帰還信号ｆＶＣＯ／ｎが入力するようになっている。
【００１５】
可変分周器２０は、入力端子が電圧制御発振器１８の出力端子に接続してあって、電圧制御発振器１８の出力信号（クロック信号）ｆＶＣＯを１／ｎ分周した帰還信号ｆＶＣＯ／ｎを出力する。そして、位相比較器１４は、外部から入力した基準クロック信号ｆｒｅと可変分周器２０の出力した帰還信号ｆＶＣＯ／ｎとの位相を比較し、両者の位相差に対応した位相差信号をループフィルタ１６に入力する。ループフィルタ１６は、ローパスフィルタから構成してあって、位相比較器１４の出力信号の高周波成分を除去し、直流の制御電圧を電圧制御発振器１８に入力する。
【００１６】
電圧制御発振器１８は、ループフィルタ１６から入力する制御電圧によって出力する信号の発振周波数を変えることができるようになっている。電圧制御発振器１８の出力クロック信号ｆＶＣＯは、可変分周器２０に入力して１／ｎ分周されたのち、位相比較器１４に与えられる。可変分周器２０は、分周比ｎが可変となっていて、外部から入力する出力周波数の切替え信号４０によって分周比ｎが設定される。
【００１７】
位相同期回路１０は、さらに切替え部２２、帯域フィルタ部２４、増幅器２６を有している。切替え部２２は、トランジスタなどの複数のスイッチング素子から形成してあって、電圧制御発振器１８の出力側に設けてあり、電圧制御発振器１８の出力するクロック信号ｆＶＣＯが入力する。そして、切替え部２２は、可変分周器２０に与えられる出力周波数の切替え信号４０が入力されるようになっている。
【００１８】
一方、帯域フィルタ部２４は、複数の帯域フィルタから構成してあって、入力側が切替え部２２に接続してあり、出力側が増幅器２６に接続してある。帯域フィルタ部２４は、実施形態の場合、図２に示したように、中心周波数が１２５ＭＨｚの帯域通過型フィルタである帯域フィルタ２８と、中心周波数が１００ＭＨｚの帯域通過型フィルタである帯域フィルタ３０とからなっている。これらの帯域フィルタ２８、３０は、実施形態の場合、圧電材料として水晶を用いた弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）フィルタからなっている。そして、帯域フィルタ部２４の各帯域フィルタ２８、３０は、切替え部２２によって電圧制御発振器１８に切替え接続される。すなわち、切替え部２２は、同期ループ回路１２の出力信号、すなわち電圧制御発振器１８の出力信号の周波数切替え信号に同期して帯域フィルタ２８、３０を電圧制御発振器１８に切替え接続する。
【００１９】
また、増幅器２６は、位相同期回路１０の出力部となっていて、帯域フィルタ部２４を通過した電圧制御発振器１８の出力したクロック信号ｆＶＣＯを増幅して外部に出力する。なお、実施形態の位相同期回路１０は、図１に２点鎖線で示したように、同期ループ回路１２、切替え部２２、増幅器２６が半導体集積回路３２として１つのチップとして形成してある。そして、帯域フィルタ部２４は、半導体集積回路３２に外付けされる。
【００２０】
このようになっている実施形態の位相同期回路１０は、電圧制御発振器１８に例えば１００ＭＨｚのクロック信号ｆＶＣＯを出力させる場合、可変分周器２０に所定の分周比ｎを設定するための出力周波数の切替え信号４０を信号として入力する。この周波数切替え信号４０は、同時に切替え部２２に切替え信号として入力する。切替え部２２は、１００ＭＨｚを出力するための出力周波数の切替え信号４０を切替え信号として入力すると、スイッチング素子を駆動して、帯域フィルタ部２４の中心周波数が１００ＭＨｚの帯域フィルタ３０を電圧制御発振回路１８に接続する。電圧制御発振回路１８の出力したクロック信号ｆＶＣＯの一部は、可変分周器２０に入力し、１／ｎ分周されて位相比較器１４に入力される。また、圧電制御発振器１８の出力した１００ＭＨｚのクロック信号ｆＶＣＯは、切替え部２２を介して帯域フィルタ部２４に入力する。そして、１００ＭＨｚのクロック信号は、電圧制御発振器１８に接続された中心周波数が１００ＭＨｚの帯域フィルタ３０を通過し、増幅器２６によって増幅されて外部に出力される。
【００２１】
なお、帯域フィルタ２８、３０は、電圧制御発振器１８の出力クロック信号ｆＶＣＯがスペクトラム拡散されていない場合、通過帯域の狭い狭帯域フィルタが使用される。すなわち、帯域フィルタ部２４の帯域フィルタ２８、３０は、入力した基準クロック信号ｆｒｅがスペクトラム拡散されておらず、また同期ループ回路１２において電圧制御発振器１８の出力クロック信号をスペクトラム拡散していない場合、図３（１）に２点鎖線で示したような、通過帯域ＰＢ１を有するような狭帯域の帯域フィルタが使用される。これにより、帯域フィルタ３０を通過した周波数が図３（１）の実線のようになり、帯域フィルタ３０を通過させる前に存在していたノイズＡを除去することができる。したがって、増幅器２６から出力されるクロック信号は、ジッタを含まないクロック信号とすることができる。
【００２２】
しかも、実施形態においては、帯域フィルタ２８、３０が弾性表面波フィルタによって構成してあるため、通過帯域の両側の周波数領域における電力を急速に減衰させることができ、クロック信号のジッタの発生などを防ぐことができる。さらに、本実施形態では、帯域フィルタ２８、３０が圧電材料として水晶を用いた弾性表面波フィルタであるため、他の圧電材料と比較して、通過帯域の両側の周波数領域における電力（信号強度）を急速に減衰させる特性が優れている。さらにまた、帯域フィルタ２８、３０が水晶を用いた弾性表面波フィルタであれば、帯域フィルタ２８、３０が小型であるため、位相同期回路１０の小型化が可能となる。また、帯域フィルタを通過したクロック信号を増幅器２６によって増幅しているため、クロック信号ｆＶＣＯが弾性表面波フィルタ２８、３０を通過して減衰しても、増幅器２０によって増幅されるため、雑音などの影響を受けることがないクロック信号を出力することができる。
【００２３】
一方、電圧制御発振器１８の出力するクロック信号がスペクトラム拡散されている場合、通過帯域の広い広帯域フィルタが使用される。すなわち、入力した基準クロック信号ｆｒｅがスペクトラム拡散されている場合、または電圧制御発振器１８の出力クロック信号ｆＶＣＯをスペクトラム拡散して出力する場合、図３（２）の２点鎖線ＰＢ２で示したような広帯域フィルタを使用する。これにより、図３（２）の実線に示したように、広い帯域にスペクトラム拡散させたクロック信号を通過させることができる。また、図３（２）の破線に示したように、ノイズＢを除去することができ、ジッタを含まないクロック信号を出力することができる。しかも、帯域フィルタを弾性表面波フィルタとすることにより、その中心周波数ｆｃに対して、片側２％程度の通過帯域幅を有するフィルタとすることができ、広い周波数帯域にスペクトラム拡散を行なうことができる。したがって、位相同期回路１０は、ＥＭＩを避けるためにスペクトラム拡散されたクロック信号を用いる電子機器に対応することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態においては、位相同期回路１０の出力信号の周波数が１００ＭＨｚの場合について説明したが、１２５ＭＨｚの場合も同様である。また、前記実施形態においては、１００ＭＨｚのクロック信号と１２５ＭＨｚのクロック信号とを切り替えて出力する場合について説明したが、３つ以上の異なる周波数の信号を出力するように形成することができる。この場合、帯域フィルタ部２４に各周波数に対応した帯域フィルタを設ける。そして、前記実施形態においては、帯域フィルタとして弾性表面波フィルタを用いた場合について説明したが、ＬＣフィルタやアクティブフィルタなどを用いてもよい。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態に係る位相同期回路の変形例の説明図である。同期ループ回路１２に、複数の弾性表面波フィルタ２８、３０が並列に接続されている。同期ループ回路１２の出力信号は、複数の弾性表面波フィルタ２８、３０に直接入力される。同期ループ回路１２の出力信号の周波数が１２５ＭＨｚの場合は、１２５ＭＨｚの弾性表面波フィルタ２８でノイズが除去され、ジッタの少ない信号を出力する。この場合、中心周波数が１００ＭＨｚの弾性表面波フィルタ３０にも、１２５ＭＨｚの信号が入力されるが、１２５ＭＨｚの信号は中心周波数が１００ＭＨｚの弾性表面波フィルタ３０を通過することができない。よって、同期ループ回路１２に、複数の弾性表面波フィルタを並列に接続すれば、切替え部を設けなくとも複数の周波数のフィルタ処理を行うことが可能である。すなわち、この位相同期回路の変形例によれば、切替え信号に基づいて同期ループ回路１２と、複数の弾性表面波フィルタとの間の接続を切り替える必要がなく、簡易な構成で位相同期回路の出力信号からジッタを除去することができる。
【００２６】
図５は、本発明の実施形態に係る位相同期回路の別な変形例のブロック図である。図５の位相同期回路１０２は、スペクトラム拡散された信号を出力する機能を有する。拡散制御部５０は、可変分周器２０に接続されていて、可変分周器２０の分周比を制御する。すなわち、拡散制御部５０は、電圧制御発振器１８の出力するクロック信号の周波数を周期的に変化させるために、可変分周器２０の複数の分周比を、内部記憶部に記憶している。その複数の分周比を時間の経過とともに順次、可変分周器２０に出力し、分周比を設定する。可変分周器２０は、拡散制御部５０により設定される分周比に基づいて、電圧制御発振器１８の出力信号を分周する。そして、可変分周器２０は、分周した信号を位相比較器１４に出力する。このため、位相比較器１４に入力する可変分周器２０からの帰還信号と、基準信号ｆｒｅとの位相差が時間の経過とともに周期的に変化し、結果として位相比較器１４の出力する位相差信号が周期的に変化する。したがって、電圧制御発振器１８に入力されるループフィルタ１６からの周波数制御電圧が周期的に変化し、電圧制御発振器１８の出力信号の周波数が、基準信号ｆｒｅの周波数を中心にして、所定の周波数範囲の中で周期的に変化する。したがって、同期ループ回路１２の出力信号の周波数が拡散される。
【００２７】
図５の同期ループ回路１２の出力信号は、帯域フィルタ部２４に入力される。帯域フィルタ部２４は、拡散させた周波数帯域を通過し、この周波数帯域の外側の周波数帯域に存在する信号を減衰するように形成されている。帯域フィルタ部２４の具体的な構成としては、図４に示されるように、同期ループ回路１２の出力側に、複数の弾性表面波フィルタを並列に接続したものを用いることができる。その他にも、図２に示されるように、スイッチ部２２を同期ループ回路１２の出力側と帯域フィルタ部２４との間に配置し、同期ループ回路１２と、複数の弾性表面波フィルタ２８、３０との間の接続を切り替えるようにしてもよい。なお、拡散制御部５０は、同期ループ回路１２、増幅器２６とともに、集積回路３２２として形成される。
【００２８】
帯域フィルタ部２４を通過した信号は、ノイズが除去される。実施形態の場合、帯域フィルタ部２４は、少なくとも１つの弾性表面波フィルタによって構成してあるため、通過帯域の両側の周波数を減衰させることができ、位相同期回路の出力信号にジッタが発生することを防ぐことができる。また、弾性表面波フィルタは、その中心周波数に対して、片側２％程度の通過帯域幅を有するフィルタとすることができ、通過帯域幅が広いため、スペクトラム拡散された信号であってもジッタの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る位相同期回路のブロック図である。
【図２】実施の形態に係る切替え部と帯域フィルタ部との詳細説明図である。
【図３】実施形態の作用を説明する図である。
【図４】変形例に係る位相同期回路の一部を説明する図である。
【図５】スペクトラム拡散機能を有する位相同期回路のブロック図である。
【図６】従来のＰＬＬ回路の出力する周波数特性の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０、１０２………位相同期回路、１２………同期ループ回路、１４………位相比較器、１８………電圧制御発振器、２０………可変分周器、２２………切替え部、２４………帯域フィルタ部、２６………増幅器、２８、３０………帯域フィルタ、３２、３２２………半導体集積回路。
【図１】
2007124626.tif 000003
【図２】
2007124626.tif 000004
【図３】
2007124626.tif 000005
【図４】
2007124626.tif 000006
【図５】
2007124626.tif 000007
【図６】
2007124626.tif 000008